波长转换装置及其制作方法

技术领域

本发明属于激光照明领域，更具体地，涉及一种波长转换装置及其制作方法。

背景技术

基于蓝光激光二极管(Laser Diode，LD)的激光白光光源作为一种新型固态照明器件，凭借其光效高、可视光距离远、颜色稳定性好等优势，有逐步取代LED而应用于工业照明和道路照明的发展趋势。

激光白光光源的核心技术是LARP(Laser Activated Remote Phosphor)-激光远程激发荧光技术：通过高功率的蓝光激光激发含有YAG：Ce(铈掺杂钇铝石榴石)荧光粉的波长转换材料，激发产生的黄色荧光和剩余蓝色激光混合形成白光。

激光白光光源在采用LARP技术时具有反射式和透射式两种结构形式的波长转换装置，其中透射式在光学结构上更为简单，是激光白光照明中的主要形式。

通常而言，透射式波长转换装置的性能主要是由荧光粉及其对应的封装形式所决定的。当蓝光LD辐射出高流明密度的蓝色激光照射透射式波长转换装置时，若激光荧光光转换过程中产生的热量无法快速转移释放，则容易引起局部高温，这将导致荧光粉材料产生温度猝灭效应，进而降低激光荧光的转化效率。

因硅胶或者树脂的热导率较低，热稳定性差，目前通常采用的硅胶或者环氧树脂来封装荧光粉而形成的波长转换装置，已经无法满足在更高亮度需求、进一步增大蓝光激光功率条件下，继续维持较高的发光效率和长时间使用的光色维持率的性能要求。

发明内容

本申请的目的在于提出一种波长转换装置及其制作方法，以解决上述问题。本申请通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本申请实施例提供了一种波长转换装置，波长转换装置包括透明基板；滤光膜，滤光膜设置于透明基板上，滤光膜透过激发光且反射受激光；发光层，发光层由浆料烧结成型于滤光膜上，浆料包括玻璃材料和荧光粉。

在一种实施方式中，滤光膜为透蓝反黄膜，此时滤光膜透过激发光为蓝色激发光、反射受激光为黄色荧光。更进一步的，透蓝反黄膜选自包括HfO

在一种实施方式中，玻璃材料熔点为400℃-600℃。更具体的，玻璃材料为SiO

在一种实施方式中，透明基板为蓝宝石基板，蓝宝石基板优选沿厚度方向为C面，蓝宝石基板的厚度为0.1mm-1mm。

在一种实施方式中，发光层厚度为40μm-100μm。

在一种实施方式中，浆料还包括散射粒子，散射粒子选自MgO、Al

在一种实施方式中，波长转换装置还包括增透膜，增透膜设置于透明基板背离滤光膜的表面。

在一种实施方式中，波长转换装置还包括光阑，光阑围绕发光层的外周设置，且光阑垂直于激发光的上表面与发光层背离滤光膜的表面平齐。

在一种实施方式中，波长转换装置还包括散热件，散热件设置于透明基板背离滤光膜的表面和/或滤光膜的表面；容易理解的，散热件的设置不能阻挡激发光射入透明基板或者位于滤光膜上发光层中混合光的出射，即散热件常见为具有贯通孔的结构，通孔中射入激发光或出射混合光。若波长转换装置整体为圆形结构，散热件可进一步包括中间开口的散热环和设置于散热环上的鳍片，散热环设置于透明基板背离滤光膜的表面和/或滤光膜的表面上。

在一种实施方式中，波长转换装置还包括匀光层，匀光层包括玻璃材料和散射粒子，烧结成型于滤光膜的表面，并位于滤光膜和发光层之间。

另一方面，本申请实施例还提供一种波长转换装置的制作方法，包括：在透明基板一表面上形成滤光膜；烧结成型位于滤光膜上的浆料，以形成位于滤光膜上的发光层，浆料包括玻璃材料和荧光粉。

本申请提供的波长转换装置及其制作方法中，采用玻璃对荧光粉进行封装，有效的维持荧光粉发光效率的稳定，避免了因采用硅胶或者树脂封装荧光粉而导致的发光层热导率低、热稳定性差的问题；发光层在镀有滤光膜的透明基板上一次烧结成型，发光层中的受激光在射向滤光膜时被重新反射进入发光层，使受激光和剩余激发光在发光层中充分混合，减少了受激光在透明基板中的损失，该波长转换装置具有结构和工艺简单、光效和亮度高等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的波长转换装置的结构示意图。

图2是本申请另一实施例提供的波长转换装置的结构示意图。

图3是本申请再一实施例提供的波长转换装置的结构示意图。

图4是图3的波长转换装置的另一视角的结构示意图。

图5是本申请又一实施例提供的波长转换装置的结构示意图。

图6是本申请实施例提供的波长转换装置的制作方法的流程示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参见图1，图1是本申请第一实施例提供的波长转换装置10的结构示意图，波长转换装置10包括：透明基板102；滤光膜103，滤光膜103设置于透明基板102上；发光层101，发光层101由浆料烧结成型于滤光膜103上，浆料包括玻璃材料和荧光粉。

透明基板102包括入光面，入光面可用于接收外界的入射光5，使入射光5从入光面进入透明基板102，入射光5可以由激光光源或LED光源产生，入射光5优选为蓝光，在此不进行限制，还可以是紫外光、绿光等，当为蓝光时，有利于保护人眼，并激发效率更高。透明基板102对入射光5有良好的透光率，以保证对入射光5的高效利用，提升波长转换装置10的转换效率。透明基板102可以进一步采用具有良好导热性能的材料制成，有助于光转换过程产生的热量通过透明基板102快速转移消散至外界环境，使得波长转换装置10可以持续在大功率光照条件下使用而不引起过热。

滤光膜103，指的是可以透过一定波长范围内的激发光，并可反射另一波长范围的受激光的薄膜，滤光膜103的具体结构根据入射激发光和受激光的不同而相应进行选择，在此不进行限制。具体的，滤光膜103可以为透蓝反黄膜，其可以透过偏离其法线方向较小角度内的蓝色短波长光，同时反射黄色长波长光。滤光膜103设置于透明基板102与入光面相背的一面上。

发光层101由浆料直接烧结成型于滤光膜103上，使得波长转换装置10具有结构和工艺简单的优势。浆料包括玻璃材料和荧光粉，采用玻璃对荧光粉进行封装，更有效的维持荧光粉发光效率的稳定。浆料可以通过将原料进行球磨而得到，例如在有机载体中增添玻璃材料和荧光粉并进行充分球磨混合，使得荧光粉与玻璃粉均匀分散。在进行烧结前，可以将该浆料涂刷在滤光膜103的表面，然后进行预烘干；在进行烧结时，可以将透明基板102、滤光膜103和浆料一并放入空气气氛炉中进行烧结。

当使用蓝色激光为激发光，荧光粉为YAG：Ce黄色荧光粉，滤光膜103为透蓝反黄膜时，利用波长转换装置10产生白光光源的过程中，使入射光5经透明基板102和透蓝反黄膜(滤光膜)103进入发光层101，发光层101的荧光粉受激发而将一部分蓝光转换为黄色荧光并将黄色荧光向外出射，透蓝反黄膜103将射向自身方向的黄色荧光重新反射至发光层101，使黄色荧光和未经转换的剩余蓝光在发光层101内充分混合成白光出射，减少了黄色荧光经过透明基板的损失，也提高出射光的色度均匀性。

通过在滤光膜103上刷涂浆料、采用合适的烧结温度，烧结时不破坏滤光膜103的光学性质，将发光层101一次烧结成型于滤光膜103上；这样的设置避免了受激光透过滤光膜103进入透明基板102，从而避免了受激光在透明基板102内发生横向导光、光斑扩大的问题，同时提高了波长转换装置10的光效。

在一种实施方式中，透蓝反黄膜103选自包括HfO

在一种实施方式中，玻璃材料熔点为400℃-600℃。玻璃材料的熔点主要是考虑到在此温度区间内烧结成型发光层101时，不破坏滤光膜103的光学性质，同时还能固化成型对荧光粉进行封装。更具体的，玻璃材料优选为SiO

在一种实施方式中，透明基板102为由透光性材料制成的基板，如陶瓷、玻璃等无机材料或有机材料等。优选为蓝宝石基板1020，且蓝宝石基板1020沿厚度方向(图1所示的上下方向)为C面。蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都有很好的透光性，并且具备耐高温、抗腐蚀、高硬度等特点，常作为光电元件材料。蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低，在C面进行磊晶的技术成熟稳定；选择C向晶片蓝宝石作为基板，使得入射光5以光轴方向入射。蓝宝石基板1020的厚度优选为0.1mm-1mm，在此厚度区间内可以保证良好的透光率及导热性能。

在一种实施方式中，发光层101厚度为40μm-100μm，发光层101在此厚度区间内可以满足波长转换装置10的发光要求。另外，本发明并不特别限制玻璃材料与荧光粉的比例，可根据应用需要进行相应设置。进一步，可通过调整玻璃材料与荧光粉的比例，在保证发光层101的结构稳定的前提下，玻璃材料和荧光粉充分分散均匀，固化后的发光层101对入射光5充分吸收，以达到最大发光效率。

在一种实施方式中，浆料还包括散射粒子，散射粒子选自MgO、Al

请参阅图2，图2所示波长转换装置20的透明基板202(2020)，滤光膜203和发光层201与图1所示波长转换装置10的透明基板102，滤光膜103和发光层101一致。在一种实施方式中，波长转换装置20还包括增透膜205，增透膜205设置于透明基板202(2020)背离滤光膜203的表面。增透膜205具有减少入射光在透明基板202(2020)界面处反射的作用，以使更多的入射光经透明基板202(2020)进入发光层201，提高了波长转换装置20对入射光5的利用率。

请一并参阅图3和图4，图3为所示波长转换装置30的俯视图，图4为所示波长转换装置30的主视图，波长转换装置30的透明基板302(3020)，滤光膜303和发光层301与图1所示波长转换装置10的透明基板102(1020)，滤光膜103和发光层101一致。在一种实施方式中，波长转换装置30还包括光阑304，光阑304围绕发光层301的外周设置(图4所示的左右方向上的外周面)，且光阑304垂直于入射光的上表面(如图4所示的上下方向)与发光层301背离滤光膜303的表面平齐，以防止结构内部杂散光出射对出射光的影响。光阑304的形状大小与透明基板302(3020)相适应，在一些实施例中光阑304的形状为圆环状、波长转换装置30的形状为圆形，光阑304可以恰好的包围发光层301而不对发光层301造成遮挡。

请参见图5，图5所示波长转换装置40的透明基板402(4020)，滤光膜403和发光层401与图1所示波长转换装置10的透明基板102，滤光膜103和发光层101一致。在一种实施方式中，波长转换装置40还包括散热件400，散热件400设置于透明基板402(4020)背离滤光膜403的表面和/或滤光膜403的表面。例如散热件400设置于透明基板402(4020)背离滤光膜403的表面，又例如散热件400设置于滤光膜403的表面，又例如散热件400既设置于透明基板402(4020)背离滤光膜403的表面，又设置于滤光膜403的表面上。散热件400通常为具有贯通孔的结构，激发光或出射光从通孔中经过。

在一具体实施方式中，波长转换装置40整体为圆形，散热件400包括散热环4022和鳍片4021。散热环4022设置于滤光膜403的表面，散热环4022具有贯通的通孔，通孔的内表面环绕发光层401的外周，鳍片4021连接于散热环4022。散热环4022和鳍片4021可以使用导热率良好的金属材料制成，通过增加散热环4022和鳍片4021，增大了空气与波长转换装置40的接触面积，可以改善波长转换装置40散热性能。此外，散热环4022可以为不透光的金属件，将散热环4022的内圈表面与发光层401的外周相接触，可以使得散热环4022同时也起到类似上述光阑304的作用，减少了杂散光对出射光的影响。

在一种实施方式中，波长转换装置还包括匀光层406，匀光层406包括玻璃材料和散射粒子，烧结成型于滤光膜403的表面，并位于滤光膜403和发光层401之间。采用激光作为入射光的情况下，由于激光是高斯光，存在不均匀现象，若直接激发发光层401会存在局部激光功率密度过高的问题，而增加匀光层406可以很好的散射激光，使激光均匀照射发光层401。

请参阅图1和图6，本申请实施例还提供一种波长转换装置10的制作方法，制作方法包括步骤500和步骤501。

步骤500，在透明基板102一表面上形成滤光膜103。

透明基板102包括入光面，入光面可用于接收外界的入射光5，使入射光5从入光面进入透明基板102。滤光膜103镀设于透明基板102与入光面相背的一面。

步骤501，烧结成型位于滤光膜103上的浆料，以形成位于滤光膜103上的发光层101，浆料包括玻璃材料和荧光粉。

浆料可以通过将原料进行球磨而得到，例如可以在有机载体中增添玻璃材料和荧光粉并进行充分球磨混合，使得荧光粉与玻璃粉均匀分散。

发光层101可以直接由浆料涂覆在滤光膜103并经过烧结成型，由于浆料中玻璃材料相对现有技术采用的硅胶或者树脂具有更高的热导率、热稳定性更好，制得的发光层101能使用于大功率环境下的激发发光；并且通过在滤光膜103上刷涂浆料、采用合适的烧结温度，将发光层101一次烧结成型于滤光膜103，烧结时不破坏其光学性质，得到的波长转换装置10结构和制备工艺简单。

更具体的，浆料中玻璃材料体系选择为SiO

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。